FRP加固混凝土梁刚度及变形非线性有限元分析

发布时间：2017-06-14 14:12

  本文关键词：FRP加固混凝土梁刚度及变形非线性有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：混凝土结构会随着时间慢慢出现风化、开裂等各种问题,部分结构不能达到正常使用要求,存在安全隐患,另外,出现的结构裂缝会引起人们心理上的恐慌。为了使建筑结构继续安全使用,减少拆盖经费,充分发挥其使用价值,通常情况下对此类建筑物采取加固或改造建设。FRP(Fiber Reinforced Plastic/Polymer,缩写FRP)作为近几年应用最为广泛的加固材料之一,在加固和改造工程中越来越受青睐。FRP包括CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic)、GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer/Plastic)以及AFRP(Aramid Fiber Reinforced Polymer/Plastic)等多种材料,本文主要选取CFRP和GFRP为加固材料,研究钢筋混凝土梁加固后的变形和刚度以及裂缝分布情况,主要内容如下:1.本文依据本项目的混凝土加固梁抗弯试验确定出有效合理的FRP加固混凝土梁变形及刚度分析的非线性有限元分析方案。详细分析了材料的本构关系和混凝土的破坏准则,紧接着又对基于ANSYS软件的模型参数、网格划分以及加载设置加以讨论,建立与试验中混凝土梁相对应的有限元仿真模型。2.依据数值模型,对试验梁进行有限元分析,同时对不同长度的碳纤维板加固梁进行模拟。并将有限元模拟结果与试验结果对比分析,分析各种参数(如纤维粘贴长度、纤维粘贴层数、纤维种类等)变化对钢筋混凝土梁加固效果的影响。3.由对比分析可知,粘贴FRP可以提高混凝土梁的极限承载力、减小梁挠度变形、减缓梁受拉区裂缝的发展,承载力提高并不是线性增加,增长趋势慢慢平缓;CFRP片材对梁的加固效果好于GFRP,但前者加固成本高出后者几倍;相同的FRP片材对低配筋率的混凝土梁加固效果更好,FRP片材利用率较高,但梁的受弯承载力提高的同时延性也会相对降低。4.分析结果表明,有限元分析可以很好的模拟混凝土梁的变形及开裂过程,且与试验结果基本吻合,可以对一些实际工程加固前进行预演模拟,对工程加固具有指导作用。
【关键词】：混凝土梁 FRP 变形 裂缝 有限元分析
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU37
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题研究意义及目的12-14
• 1.2 国内外试验研究现状14-16
• 1.2.1 国外FRP加固梁刚度和变形的试验研究14-15
• 1.2.2 国内FRP加固梁刚度和变形的试验研究15-16
• 1.3 FRP加固混凝土梁有限元分析的研究现状16-18
• 1.3.1 国外FRP加固混凝土梁有限元分析的研究现状16-17
• 1.3.2 国内FRP加固混凝土梁有限元分析的研究现状17-18
• 1.4 本文研究内容18-20
• 第二章 FRP加固混凝土梁变形和刚度试验研究20-26
• 2.1 试验研究方案20-23
• 2.1.1 试件设计与制作20
• 2.1.2 材料力学性能参数20-21
• 2.1.3 试验加固方案21-22
• 2.1.4 加载方式和仪表布置22-23
• 2.2 试验现象与结果分析23-24
• 2.3 本章小结24-26
• 第三章 FRP加固混凝土梁有限元分析材料本构关系26-48
• 3.1 概述26-27
• 3.2 有限元模型的选择27-28
• 3.3 材料本构关系28-36
• 3.3.1 混凝土本构关系28-33
• 3.3.2 钢筋的本构关系33-36
• 3.3.3 FRP片材本构关系36
• 3.4 混凝土的破坏准则36-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第四章 FRP加固混凝土梁有限元分析前处理与加载48-62
• 4.1 有限元模型单元选取48-55
• 4.1.1 混凝土48-53
• 4.1.2 钢筋53-55
• 4.1.3 纤维片材55
• 4.2 实常数与材料属性55-56
• 4.3 网格划分56-58
• 4.4 加载分析58-60
• 4.4.1 荷载及其施加59
• 4.4.2 荷载步选项与设置59-60
• 4.5 本章小结60-62
• 第五章 FRP加固混凝土梁非线性有限元分析后处理62-76
• 5.1 混凝土梁各模型有限元分析结果62-67
• 5.1.1 加固前后对比62-63
• 5.1.2 CFRP板材粘贴长度63-65
• 5.1.3 纤维种类65-66
• 5.1.4 纵向受拉筋配筋率66-67
• 5.2 有限元分析结果与试验结果对比67-70
• 5.2.1 混凝土梁跨中荷载-位移曲线图67-69
• 5.2.2 有限元分析数结果产生结果原因分析69-70
• 5.3 裂缝的发展70-74
• 5.3.1 A组混凝土梁裂缝分布模拟70-71
• 5.3.2 B组混凝土梁裂缝分布模拟71-73
• 5.3.3 混凝土梁裂缝分布影响因素73
• 5.3.4 破坏方式及分析73-74
• 5.4 本章小结74-76
• 第六章 结论与展望76-78
• 6.1 结论76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82

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